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超声波传感器的创新型应用

超声波传感器的创新型应用

超声波是一种振动频率高于声波的机械波,具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。 数年前,在传感器技术领域,超声波传感器一直是备用的选择。 新技术使得今天的超声波传感器非常坚固耐用并有着精确的感应能力,这些新增强的特性拓展了新的应用领域,完全超越了传统的超声波传感器的应用。 


超声波传感器的原理及性能指标

 

超声波传感器是利用超声波的特性研制而成的传感器。 


超声波是一种振动频率高于声波的机械波,由换能晶片在电压的激励下发生振动产生的,它具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。 


超声波对液体、固体的穿透本领很大,尤其是在阳光不透明的固体中,它可穿透几十米的深度。 超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波,碰到活动物体能产生多普勒效应。 


因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波,完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声换能器,或者超声探头。


超声波传感器利用传感器头部的压振陶瓷的振动,产生高频人耳听不见的声波来进行感应的,如果这声波碰到了某个物体,传感器就能接收到返回波。 


传感器通过声波的波长和发射声波以及接收到返回声波的时间差就能确定物体的距离,一个传感器可以通过按钮的设定来拥有近距离和远距离两种设定,无论物体在那一种界限里,传感器都可以检测到。 


有一些超声波传感器使用独立的发射器和接收器,当检测缓慢移动的物体, 或者需要快速响应或者在潮湿环境中应用时,这种对射式或者叫分离式的超声波传感器就非常适用。 在检测透明物体、液体,检测光滑、粗糙和有光泽的,半透明材料的物体表面,和检测不规则物体时,超声波传感器都是首*。 


超声波传感器不适用的情况有:户外,极热的环境,有压力的容器内,同样不能检测有泡沫的物体。


超声波传感器主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。 小功率超声探头多作探测作用。 它有许多不同的结构,可分直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头 (表面波 )、兰姆波探头(兰姆波)、双探头(一个探头反射、一个探头接收)等。 


超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。 构成晶片的材料可以有许多种。 晶片的大小,直径和厚度也各不相同,因此每个探头的性能是不同的,我们使用前必须预先了解它的性能。 


超声波传感器的主要性能指标包括:

(1)工作频率 


工作频率就是压电晶片的共振频率。 当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时, 输出的能量*大,灵敏度也*高。


(2)工作温度 


由于压电材料的居里点一般比较高,特别时诊断用超声波探头使用功率较小,所以工作温度比较低,可以长时间地工作而不失效。 医疗用的超声探头的温度比较高,需要单独的制冷设备。


(3)灵敏度 


主要取决于制造晶片本身。 机电耦合系数大,灵敏度高;反之,灵敏度低。 


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